| 研究課題/領域番号 |
16H04512
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
菅野 未知央 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 研究機関講師 (30402960)
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| 研究分担者 |
吉田 隆 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20314049)
町屋 修太郎 大同大学, 工学部, 准教授 (40377841)
菖蒲 敬久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, サブリーダー (90425562)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 高温超伝導体 / ひずみ効果 / 放射光ひずみ測定 / 人工ピンニングセンター |
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| 研究実績の概要 |
次世代加速器超伝導磁石応用を目指して、人工ピンニングセンターを導入した高温超伝導薄膜線材の機械的特性の評価を行っている。昨年度は、低温、高磁場で高い臨界電流密度を有するBaHfO3を導入したSmBa2Cu3O7-d薄膜について、まず、77 Kで臨界電流のひずみ効果の磁場依存性を測定した。同線材は、無負荷値で規格化した臨界電流が特定の負荷ひずみで最大値を取るピーク効果を有しており、かつピーク値には磁場依存性がある。本線材では、このピーク値が外部磁場3 Tという比較的高磁場まで磁場の増加とともに増加し続ける振る舞いを示した。これは、従来の人工ピンニングセンターを導入していない線材で外部磁場1 T以上ではピーク値が減少する振る舞いとは異なっており、人工ピンの導入によりピーク効果を制御できる可能性を示唆している。今後は、人工ピンの条件とピーク効果の磁場依存性の相関に注目して、実験を継続する予定である。これに加えて、磁石の実使用環境に近いヘリウム温度、最大印可磁場15 Tで臨界電流の引張ひずみ依存性を測定するインサートを導入し、室温での動作確認により応力―ひずみ曲線の取得に成功した。また、SmBCO薄膜の内部ひずみを測定するためSPring-8のBL22XUで使用する低温放射光ひずみ測定システムについて、冷却時間を短縮するための冷凍機クライオスタットの改良を行った。冷凍機と試料間の伝熱パスを短縮するため、引張装置の直近に配置できるようにクライオスタットを新たに設計し、導入した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は磁場中で人工ピンニングセンターを導入したSmBCO線材の臨界電流―ひずみ効果測定を開始した。その結果、人工ピンを含まない線材とは異なるピーク効果の磁場依存性を見出すことができた。一方で、低温、高磁場のインサートの立ち上げは若干遅れており、2018年度に液体ヘリウム温度での測定を開始する予定である。放射光ひずみ測定システムの改良のための新クライオスタットの設計、導入は予定通り実施し、実験を予定しているSPring-8のBL22XUに持ち込んで、仮設置作業も行った。本実験も、2018年度に実施を計画している。一方で、本年度計画していた4点曲げ測定に関しては、測定準備段階で試料の特性劣化が発生し、データを取るまでには至らなかった。従来から、引張、圧縮ひずみでの測定には一旦試料を室温に戻す必要があり、これが実験の効率が低い原因となっていた。この問題を解消するために、2018年度は冷却したままでひずみ負荷方向を変更できる新たな機構を導入し、広いひずみ範囲に渡って、人工ピンあり、なしのSmBCO線材の臨界電流のひずみ特性を系統的に評価する予定である。
以上の状況を鑑み、研究の進捗状況は若干遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2017年度までで実験に必要な評価設備の整備はほぼ完了した。これらを使用して、2018年度は様々な人工ピンを含むSmBCO線材の臨界電流ひずみ特性の測定を実施する予定である。以下のような複数の手法を併用することで、負荷ひずみの整合性を確認しながら測定を進める。まず、77 K、自己磁場で一軸引張試験を行い、以降の測定のリファレンスデータとする。また、広いひずみ範囲まで負荷できることを活用して、可逆的ひずみ効果のみならずSmBCO薄膜破断による不可逆な劣化開始ひずみも明らかにする。次に、新たに導入する引張/圧縮の両方向に負荷できる4点曲げ機構により、同じく77 Kで臨界電流―ひずみ測定を実施し、一軸引張の結果と比較する。データの整合性に問題がなければ、圧縮ひずみ側にも測定範囲を拡大し、かつ、20 K~77 Kまでの温度可変環境での測定も実施することで、ピーク効果の温度依存性に着目した測定を行う。これにより、2016年度に見出した、人工ピンあり、なしのSmBCO線材で異なるピークシフトの温度依存性について明らかにする。引張ひずみ側については、ヘリウム温度、磁場中でのひずみ特性測定を実施し、低温、高磁場での振る舞いを明らかにする。最後に、放射光ひずみ測定実験により、人工ピンの種類による破断開始ひずみの違いの原因を明らかにすることを目指し、残留ひずみ、内部ひずみの低温評価を実施する予定である。
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